DE102018206388A1 - DC / DC converter - Google Patents

DC / DC converter Download PDF

Info

Publication number
DE102018206388A1
DE102018206388A1 DE102018206388.5A DE102018206388A DE102018206388A1 DE 102018206388 A1 DE102018206388 A1 DE 102018206388A1 DE 102018206388 A DE102018206388 A DE 102018206388A DE 102018206388 A1 DE102018206388 A1 DE 102018206388A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
converter
transformer
inductance
primary
resonant
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102018206388.5A
Other languages
German (de)
Inventor
Michael Finkenzeller
Thomas Komma
Monika Poebl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE102018206388.5A priority Critical patent/DE102018206388A1/en
Priority to PCT/EP2019/058860 priority patent/WO2019206612A1/en
Publication of DE102018206388A1 publication Critical patent/DE102018206388A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
    • H01F27/363—Electric or magnetic shields or screens made of electrically conductive material
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating
    • H01F27/22—Cooling by heat conduction through solid or powdered fillings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2871—Pancake coils
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B5/00—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems
    • H04B5/20—Near-field transmission systems, e.g. inductive or capacitive transmission systems characterised by the transmission technique; characterised by the transmission medium
    • H04B5/24—Inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0064—Magnetic structures combining different functions, e.g. storage, filtering or transformation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4815—Resonant converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

DC/DC-Wandler (200) für den resonanten Betrieb mit Potentialtrennung, umfassend
- einen Transformator (230) mit einer primärseitigen und einer sekundärseitigen Induktivität (231, 232),
- eine Wechselrichteranordnung (110), die mit der primärseitigen Induktivität (231) des Transformators (230) verbunden ist,
- eine Gleichrichteranordnung (150), die mit der sekundärseitigen Induktivität (232) des Transformators (230) verbunden ist,
- eine Kapazität (121), die in Serie zur primärseitigen Induktivität (231) des Transformators (230) geschaltet ist und zusammen mit dieser einen Schwingkreis ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass
- die primärseitige und sekundärseitige Induktivität (231, 232) jeweils eine zirkulare Wicklung (301) umfassen, die auf einer Ferritplatte (302) aufgebracht ist,
- die Ferritplatten (302) so angeordnet sind, dass die Wicklungen (301) einander zugewandt sind.

Figure DE102018206388A1_0000
A DC / DC converter (200) for resonant operation with potential separation, comprising
a transformer (230) having a primary-side and a secondary-side inductance (231, 232),
an inverter arrangement (110) which is connected to the primary-side inductance (231) of the transformer (230),
a rectifier arrangement (150) which is connected to the secondary-side inductance (232) of the transformer (230),
- A capacitor (121) connected in series with the primary-side inductance (231) of the transformer (230) and forms together with this a resonant circuit, characterized in that
the primary-side and secondary-side inductances (231, 232) each comprise a circular winding (301) which is applied to a ferrite plate (302),
- The ferrite plates (302) are arranged so that the windings (301) facing each other.
Figure DE102018206388A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen DC/DC-Wandler für den resonanten Betrieb mit Potentialtrennung.The invention relates to a DC / DC converter for resonant operation with potential separation.

DC-DC-Wandler-Topologien, die im voll resonanten Modus betrieben werden, umfassen einen Schwingkreis, einen Transformator und eine den Schwingkreis anregenden Halb- oder Vollbrückenschaltung. 1 zeigt einen beispielhaften Halbbrücken-Resonanzwandler nach dem Stand der Technik. Der Schwingkreis besteht hier aus einem Serienkondensator (Resonanzkondensator) und einer Serieninduktivität (Resonanzdrossel). Die Potenzialtrennung wird mit dem Transformator und dessen Übersetzungsverhältnis realisiert. Ein Vorteil dieser Resonanzwandler ist die Möglichkeit, diese nahezu schaltverlustfrei im Zero-Voltage-Switching-Modus (ZVS-Modus) betreiben zu können. Der ZVS-Betrieb ist bekannt und wird hier nicht weiter erläutert. Die Steuerung der Ausgangsspannung erfolgt beispielsweise über eine Änderung der Schaltfrequenz der Brückenschaltung. Arbeitet diese genau auf der Resonanzfrequenz des Serienschwingkreises, dann wird die Grundschwingung der rechteckförmigen Spannung der Brückenschaltung über den Transformator auf die Sekundärseite übertragen. Eine sekundärseitige Spannungsstellung wird durch Erhöhung der Schaltfrequenz über die Resonanzfrequenz des Serienschwingkreises erreicht. Dadurch ergibt sich ein Spannungsabfall über dem induktiven Blindwiderstand der Serieninduktivität, der die Ausgangsspannung reduziert. Die Serieninduktivität ist somit eine für diese Form der Spannungsstellung notwendige Komponente eines Resonanzwandlers.DC-DC converter topologies operating in full resonant mode include a resonant circuit, a transformer, and a half-bridge or full-bridge circuit exciting the resonant circuit. 1 shows an exemplary half-bridge resonant converter according to the prior art. The resonant circuit here consists of a series capacitor (resonant capacitor) and a series inductance (resonant choke). The electrical isolation is realized with the transformer and its transmission ratio. One advantage of these resonant converters is the possibility of being able to operate them in zero-voltage switching mode (ZVS mode) almost without switching loss. The ZVS operation is known and will not be explained further here. The control of the output voltage, for example, via a change in the switching frequency of the bridge circuit. If this works exactly at the resonant frequency of the series resonant circuit, then the fundamental oscillation of the rectangular voltage of the bridge circuit is transmitted via the transformer to the secondary side. A secondary-side voltage position is achieved by increasing the switching frequency via the resonant frequency of the series resonant circuit. This results in a voltage drop across the inductive reactance of the series inductance, which reduces the output voltage. The series inductance is thus a component of a resonant converter which is necessary for this form of voltage position.

Zur Sicherstellung des ZVS-Betriebes ist ein gegenüber der Grundschwingung nacheilender Strom im Resonanzkreis notwendig. Dieser ist zur Umladung der parasitären Schalterkapazitäten notwendig. Die Sicherstellung dieses Stromes ist bei Volllast durch den fließenden Laststrom unproblematisch. Bei Leerlaufnähe muss jedoch durch zusätzliche Maßnahmen ein nacheilender Strom zur Umladung der Schalterkapazitäten bereitgestellt werden. Dies erfolgt über eine Parallelinduktivität.To ensure the ZVS operation, a lagging current in the resonant circuit compared to the fundamental is necessary. This is necessary for transhipment of the parasitic switch capacities. Ensuring this current is unproblematic at full load due to the flowing load current. When close to idle, however, additional measures must be taken to provide a lagging current for transhipment of the switch capacities. This is done via a parallel inductance.

Sowohl die Serieninduktivität als auch die Parallelinduktivität sind typischerweise groß und vergleichsweise schwer und benötigen einen für den gesamten DC/DC-Wandler nicht vernachlässigbaren Bauraum.Both the series inductance and the parallel inductance are typically large and comparatively heavy and require a space that is not negligible for the entire DC / DC converter.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten DC/DC-Wandler anzugeben, der verringerte Anforderungen an den Bauraum aufweist, also kleiner aufgebaut werden kann.It is an object of the present invention to provide an improved DC / DC converter, which has reduced requirements for the installation space, so can be made smaller.

Diese Aufgabe wird durch einen DC/DC-Wandler mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen für den DC/DC-Wandler.This object is achieved by a DC / DC converter having the features of claim 1. The subclaims relate to advantageous embodiments of the DC / DC converter.

Der erfindungsgemäße DC/DC-Wandler für den resonanten Betrieb mit Potentialtrennung umfasst einen Transformator mit einer primärseitigen und einer sekundärseitigen Induktivität, eine Wechselrichteranordnung, die mit der primärseitigen Induktivität des Transformators verbunden ist und eine Gleichrichteranordnung, die mit der sekundärseitigen Induktivität des Transformators verbunden ist. Weiterhin umfasst der DC/DC-Wandler eine Kapazität, die in Serie zur primärseitigen Induktivität des Transformators geschaltet ist und zusammen mit dieser einen Schwingkreis ausbildet.The inventive DC / DC converter for resonant operation with potential separation comprises a transformer having a primary-side and a secondary-side inductance, an inverter assembly which is connected to the primary-side inductance of the transformer and a rectifier arrangement which is connected to the secondary-side inductance of the transformer. Furthermore, the DC / DC converter comprises a capacitor which is connected in series with the primary-side inductance of the transformer and forms a resonant circuit together with this.

Dabei umfassen die primärseitige und sekundärseitige Induktivität jeweils eine zirkulare Wicklung, die auf einer Ferritplatte aufgebracht ist, wobei die Ferritplatten so angeordnet sind, dass die Wicklungen einander zugewandt sind.In this case, the primary-side and secondary-side inductors each comprise a circular winding, which is applied to a ferrite plate, wherein the ferrite plates are arranged so that the windings face each other.

Durch Anwendung dieses für DC-DC-Wandler-Transformatoren neuartigen Aufbaukonzeptes werden die Parallelinduktivität sowie die Serieninduktivität unnötig und können vorteilhafterweise entfallen. Durch die Wicklungskonfiguration wird die für die Topologie wichtige große Serieninduktivität in Form einer großen Streuung durch den Transformator selbst bereitgestellt. Weiterhin wird auch die für den ZVS-Betrieb in Leerlaufnähe geringe Parallelinduktivität durch den Transformator selbst erreicht. Die Kopplung einer solchen Wicklungskonfiguration ist deutlich kleiner als bei herkömmlichen Transformatoren. Für die Erfindung wurde aber erkannt, dass diese Eigenschaft in Verbindung mit der Resonanzwandlertopologie gezielt genutzt werden kann.By applying this novel design concept for DC-DC converter transformers, the parallel inductance and the series inductance become unnecessary and can advantageously be dispensed with. The winding configuration provides the large series inductance, which is important for the topology, in the form of a large spread through the transformer itself. Furthermore, the low parallel inductance for ZVS operation close to no-load is achieved by the transformer itself. The coupling of such a winding configuration is significantly smaller than in conventional transformers. However, it has been recognized for the invention that this property can be used selectively in conjunction with the resonant converter topology.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen DC/DC-Wandlers gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen hervor. Dabei kann die Ausführungsform nach Anspruch 1 mit den Merkmalen eines der Unteransprüche oder vorzugsweise auch mit denen aus mehreren Unteransprüchen kombiniert werden. Demgemäß können für den DC/DC-Wandler noch zusätzlich folgende Merkmale vorgesehen werden:

  • - Die Ferritplatten können so angeordnet sein, dass die Wicklungsachsen übereinstimmen.
  • - Die zirkularen Wicklungen haben bevorzugt denselben Durchmesser.
  • - Die Ferritplatten können jeweils auf einem Schirmblech, insbesondere einem Schirmblech aus Aluminium oder Kupfer, angeordnet sein. Die Ferritplatten dienen der Flussführung auf der Rückseite der Wicklungen, um in eventuell dahinter befindlichen Schaltungsteilen Spannungsinduktionen zu vermeiden. Das Schirmblech wiederum hält den magnetischen Restfluss innerhalb der Anordnung hält.
  • - Die Kopplung der Wicklungen kann zwischen 60% und 80% betragen. Dies kann insbesondere durch die Wahl des Luftspaltes erreicht werden, über den die Streuinduktivität der Anordnung als auch die Kopplung des Systems eingestellt werden. Eine Erhöhung des Luftspalts bedeutet eine Erhöhung des Streuflusses verbunden mit einer Erhöhung der Streuinduktivität sowie einer Reduzierung der Kopplungsinduktivität. Der Kopplungsfaktor ist günstig realisierbar mit einem Verhältnis Induktorquerschnitt / Luftspalt von 10 bis 20. Damit ist ein ausreichender Magnetisierungsstrom in Leerlaufnähe der Schaltung gewährleistet und die zur Spannungssteuerung notwendige Streuinduktivität wird ausreichend groß.
  • - Das Schirmblech kann als Kühlkörper ausgestaltet sein. Vorteilhaft wird dadurch weiterer Aufwand zur Kühlung vermieden.
  • - Auf einer von der Wicklung abgewandten Seite eines der Schirmbleche kann ein Schaltungsträger angeordnet sein, insbesondere eine Leiterplatte oder ein IMS. Auf dem Schaltungsträger befinden sich ein oder mehrere leistungselektronische Bauelemente. Hierdurch wird vorteilhaft Bauraum gespart, speziell wenn das Schirmblech ausgestaltet ist als Kühlkörper und somit eine Entwärmung der Bauelemente bereits gewährleistet ist.
Advantageous embodiments of the DC / DC converter according to the invention will become apparent from the dependent claims of claim 1. In this case, the embodiment can be combined according to claim 1 with the features of one of the subclaims or preferably also with those of several subclaims. Accordingly, the following features can additionally be provided for the DC / DC converter:
  • - The ferrite plates can be arranged so that the winding axes coincide.
  • The circular windings preferably have the same diameter.
  • - The ferrite plates can each be arranged on a shield plate, in particular a shield plate made of aluminum or copper. The ferrite plates serve to guide the flow on the back of the windings in order to avoid voltage inductions in any circuit parts located behind them. The Shield plate in turn keeps the magnetic residual flux within the arrangement stops.
  • - The coupling of the windings can be between 60% and 80%. This can be achieved, in particular, by the choice of the air gap, via which the stray inductance of the arrangement as well as the coupling of the system can be set. An increase in the air gap means an increase in the leakage flux associated with an increase in the leakage inductance and a reduction in the coupling inductance. The coupling factor can be realized favorably with a ratio inductor cross section / air gap of 10 to 20. Thus, a sufficient magnetizing current in the vicinity of the circuit is ensured and the necessary for the voltage control stray inductance becomes sufficiently large.
  • - The shield plate can be designed as a heat sink. Advantageously, further expense for cooling is avoided.
  • - On a side facing away from the winding side of the shield plates, a circuit carrier may be arranged, in particular a printed circuit board or an IMS. On the circuit board are one or more power electronic components. As a result, space is advantageously saved, especially if the shield plate is designed as a heat sink and thus a cooling of the components is already guaranteed.

Ein bevorzugtes, jedoch keinesfalls einschränkendes Ausführungsbeispiel für die Erfindung wird nunmehr anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Dabei sind die Merkmale schematisiert dargestellt. Es zeigen

  • 1 ein Schaltbild eines Resonanzwandlers mit einem Transformator nach dem Stand der Technik;
  • 2 ein Schaltbild eines Resonanzwandlers mit einem Transformator; 3 eine Wicklung des Transformators in Draufsicht; 4 den Transformator in Seitenansicht.
A preferred, but by no means limiting embodiment of the invention will now be explained in more detail with reference to the figures of the drawing. The features are shown schematically. Show it
  • 1 a circuit diagram of a resonant converter with a transformer according to the prior art;
  • 2 a circuit diagram of a resonant converter with a transformer; 3 a winding of the transformer in plan view; 4 the transformer in side view.

1 zeigt ein elektrisches Schaltbild eines Resonanzwandlers 100 nach dem Stand der Technik. Der Resonanzwandler 100 der 1 umfasst eingangsseitig Anschlüsse 102, 104 für eine Gleichspannung. Die Anschlüsse 102, 104 sind mit einer Wechselrichteranordnung 110 verbunden. Die Wechselrichteranordnung 110 ist mit der Primärseite eines Transformators 130 verbunden. Die Sekundärseite des Transformators 130 ist mit einer Gleichrichteranordnung 150 verbunden, deren Ausgänge den Ausgang des Resonanzwandlers 100 bilden. 1 shows an electrical circuit diagram of a resonant converter 100 According to the state of the art. The resonant converter 100 of the 1 includes inputs on the input side 102 . 104 for a DC voltage. The connections 102 . 104 are with an inverter arrangement 110 connected. The inverter arrangement 110 is with the primary side of a transformer 130 connected. The secondary side of the transformer 130 is with a rectifier arrangement 150 whose outputs are the output of the resonant converter 100 form.

Die Wechelrichteranordnung 110 umfasst eine erste Serie aus zwei Kondensatoren 111, 112, die zwischen die Anschlüsse 102, 104 geschaltet ist. Parallel zu der ersten Serie ist eine Halbbrücke 113 mit zwei Leistungshalbleiten, hier MOSFETS 114, 115 geschaltet. Der Potentialpunkt zwischen den Kondensatoren 111, 112 bildet einen ersten Ausgang der Wechelrichteranordnung 110. Der Potentialpunkt zwischen den MOSFETs 114, 115 bildet einen zweiten Ausgang der Wechelrichteranordnung 110.The inverter arrangement 110 includes a first series of two capacitors 111 . 112 between the connections 102 . 104 is switched. Parallel to the first series is a half bridge 113 with two power semiconductors, here MOSFETS 114 . 115 connected. The potential point between the capacitors 111 . 112 forms a first output of the Wechelrichteranordnung 110 , The potential point between the MOSFETs 114 . 115 forms a second output of the Wechelrichteranordnung 110 ,

Zwischen die beiden Ausgänge der Wechelrichteranordnung 110 ist eine zweite Serie 120 geschaltet, die eine Resonanzkapazität 121, eine Serieninduktivität 122 und eine Parallelschaltung aus der primärseitigen Induktivität 131 des Transformators 130 und einer Parallelinduktivität 123 umfasst. Die sekundärseitige Induktivität 132 des Transformators 130 ist mit den Eingängen der Gleichrichteranordnung 150 verbunden, die durch eine Diodenbrücke gebildet wird. Für die Spannungsstabilisierung kann ausgangsseitig noch ein Stabilisierungskondensator 152 vorgesehen sein.Between the two outputs of the Wechelrichteranordnung 110 is a second series 120 switched, which has a resonant capacity 121 , a series inductance 122 and a parallel connection of the primary-side inductance 131 of the transformer 130 and a parallel inductance 123 includes. The secondary-side inductance 132 of the transformer 130 is connected to the inputs of the rectifier arrangement 150 connected, which is formed by a diode bridge. For the voltage stabilization, the output side, a stabilizing capacitor 152 be provided.

Der Resonanzwandler 100 gemäß dem Stand der Technik umfasst also eine als eigenes Bauteil ausgeführte Parallelinduktivität 123, die dazu dient, einen nacheilenden Strom zur Verfügung zu stellen, um das weiche Schalten des Leistungshalbleiter, also einen Zero-Voltage-Switching-Betrieb, sicherzustellen. Weiterhin umfasst der Resonanzwandler 100 die Serieninduktivität 122, die zusammen mit der Resonanzkapazität 121 einen Schwingkreis bildet, als eigenes Bauteil.The resonant converter 100 According to the prior art, therefore, a parallel inductance designed as a separate component is included 123 , which serves to provide a lagging current to ensure the soft switching of the power semiconductor, so a zero-voltage switching operation. Furthermore, the resonant converter comprises 100 the series inductance 122 that together with the resonant capacity 121 forms a resonant circuit, as a separate component.

2 zeigt ein elektrisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels für die Erfindung. Der DC/DC-Wandler 200 der 2 ist zum Teil aufgebaut wie der Resonanzwandler 100 der 1 und es werden dieselben Bezugszeichen für analoge Bauteile verwendet. Die Wechselrichteranordnung 110 und die Gleichrichteranordnung 150 finden sich unverändert auch im DC/DC-Wandler 200. Der DC/DC-Wandler 200 umfasst aber eine veränderte zweite Serie 220 und einen veränderten Transformator 230. 2 shows an electrical circuit diagram of an embodiment of the invention. The DC / DC converter 200 of the 2 is partly constructed like the resonant converter 100 of the 1 and the same reference numerals are used for analog components. The inverter arrangement 110 and the rectifier assembly 150 can be found unchanged in the DC / DC converter 200 , The DC / DC converter 200 but includes a modified second series 220 and an altered transformer 230 ,

Die zweite Serie 220 des DC/DC-Wandlers 200 umfasst im Gegensatz zu der zweiten Serie 120 des Resonanzwandlers 100 lediglich die Resonanzkapazität 121 und die primärseitige Induktivität 231 des Transformators 230, während die Parallelinduktivität 123 und die Serieninduktivität 122 entfallen. Der Zweck dieser Bauelemente wird im DC/DC-Wandler 200 von der primärseitigen Induktivität 231 des Transformators 230 miterfüllt.The second series 220 of the DC / DC converter 200 includes unlike the second series 120 of the resonant converter 100 only the resonance capacity 121 and the primary-side inductance 231 of the transformer 230 while the parallel inductance 123 and the series inductance 122 omitted. The purpose of these devices is in the DC / DC converter 200 from the primary-side inductance 231 of the transformer 230 miterfüllt.

Dazu ist der Transformator 230 physisch anders gestaltet als ein Transformator 130 aus einem Resonanzwandler 100 gemäß dem Stand der Technik. Der Aufbau des Transformators 230 ist in zwei Ansichten in den 3 und 4 dargestellt. 3 zeigt eine Draufsicht für eine Wicklung des Transformators, wobei der gezeigte Aufbau sowohl für die Primärseite als auch für die Sekundärseite des Transformators 230 gilt. Die Induktivität 231, 232 wird dabei durch eine zirkulare Wicklung 301 (Scheibenwicklung) gebildet. Diese zirkulare Wicklung 301 ist über einen Spulenkörper auf eine in diesem Beispiel quadratische Ferritplatte 302 aufgebracht. Die Ferritplatte 302 ist ihrerseits auf einem ebenfalls quadratischen, aber etwas größeren Schirmblech 303 aufgebracht.This is the transformer 230 physically different than a transformer 130 from a resonant converter 100 according to the prior art. The structure of the transformer 230 is in two views in the 3 and 4 shown. 3 shows a plan view of a winding of the transformer, wherein the construction shown for both the primary side and for the secondary side of the transformer 230 applies. The inductance 231 . 232 is doing by a circular winding 301 (Disc winding) formed. This circular winding 301 is about a bobbin on a square in this example ferrite plate 302 applied. The ferrite plate 302 is in turn on a square, but slightly larger shroud 303 applied.

In 4 sind beide Induktivitäten 231, 232 in Seitenansicht dargestellt. Dabei sind die Aufbauten entsprechend der 3 so angeordnet, dass die zirkularen Wicklungen 301 einander zugewandt sind und koaxial angeordnet sind, d.h. die zentralen Achsen der Wicklungen 301 stimmen überein. Der Luftspalt 304 zwischen den Wicklungen 301 wird etwa 1/10 bis 1/20 mal so groß wie der Induktorquerschnitt gewählt, um einen gewünschten Kopplungsfaktor von 60 % bis 80 % einzustellen.In 4 Both are inductors 231 . 232 shown in side view. The bodies are according to the 3 arranged so that the circular windings 301 facing each other and are arranged coaxially, ie, the central axes of the windings 301 agree. The air gap 304 between the windings 301 is selected to be about 1/10 to 1/20 times the inductor cross section to set a desired coupling factor of 60% to 80%.

Claims (7)

DC/DC-Wandler (200) für den resonanten Betrieb mit Potentialtrennung, umfassend - einen Transformator (230) mit einer primärseitigen und einer sekundärseitigen Induktivität (231, 232), - eine Wechselrichteranordnung (110), die mit der primärseitigen Induktivität (231) des Transformators (230) verbunden ist, - eine Gleichrichteranordnung (150), die mit der sekundärseitigen Induktivität (232) des Transformators (230) verbunden ist, - eine Kapazität (121), die in Serie zur primärseitigen Induktivität (231) des Transformators (230) geschaltet ist und zusammen mit dieser einen Schwingkreis ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass - die primärseitige und sekundärseitige Induktivität (231, 232) jeweils eine zirkulare Wicklung (301) umfassen, die auf einer Ferritplatte (302) aufgebracht ist, - die Ferritplatten (302) so angeordnet sind, dass die Wicklungen (301) einander zugewandt sind.A DC / DC converter (200) for resonant operation with potential separation, comprising - a transformer (230) having a primary-side and a secondary-side inductance (231, 232), - an inverter arrangement (110) connected to the primary-side inductance (231) the transformer (230) is connected, - a rectifier arrangement (150) which is connected to the secondary-side inductance (232) of the transformer (230), - a capacitor (121) connected in series to the primary-side inductance (231) of the transformer (23) 230) is connected and forms together with this a resonant circuit, characterized in that - the primary-side and secondary-side inductance (231, 232) each comprise a circular winding (301) which is applied to a ferrite plate (302), - the ferrite plates ( 302) are arranged so that the windings (301) face each other. DC/DC-Wandler (200) nach Anspruch 1, bei dem die Ferritplatten (302) so angeordnet sind, dass die Wicklungsachsen übereinstimmen.DC / DC converter (200) according to Claim 1 in which the ferrite plates (302) are arranged so that the winding axes coincide. DC/DC-Wandler (200) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die zirkularen Wicklungen (301) denselben Durchmesser haben.DC / DC converter (200) according to Claim 1 or 2 in which the circular windings (301) have the same diameter. DC/DC-Wandler (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Ferritplatten (302) jeweils auf einem Schirmblech (303), insbesondere einem Schirmblech (303) aus Aluminium oder Kupfer, angeordnet sind.DC / DC converter (200) according to one of the preceding claims, wherein the ferrite plates (302) each on a shield plate (303), in particular a shield plate (303) made of aluminum or copper, are arranged. DC/DC-Wandler (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Kopplung der Wicklungen (301) zwischen 60% und 80% beträgt.A DC / DC converter (200) according to any one of the preceding claims, wherein the coupling of the windings (301) is between 60% and 80%. DC/DC-Wandler (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Schirmblech (303) ein Kühlkörper ist.A DC / DC converter (200) according to any one of the preceding claims, wherein the shroud (303) is a heat sink. DC/DC-Wandler (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem auf einer von der Wicklung (301) abgewandten Seite eines der Schirmbleche (303) ein Schaltungsträger, insbesondere eine Leiterplatte oder ein IMS, angeordnet ist mit einem oder mehreren leistungselektronischen Bauelementen.DC / DC converter (200) according to one of the preceding claims, in which a circuit carrier, in particular a printed circuit board or an IMS, is arranged with one or more power electronic components on a side remote from the winding (301) side of the shield plates (303) ,
DE102018206388.5A 2018-04-25 2018-04-25 DC / DC converter Withdrawn DE102018206388A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018206388.5A DE102018206388A1 (en) 2018-04-25 2018-04-25 DC / DC converter
PCT/EP2019/058860 WO2019206612A1 (en) 2018-04-25 2019-04-09 Dc/dc converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018206388.5A DE102018206388A1 (en) 2018-04-25 2018-04-25 DC / DC converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018206388A1 true DE102018206388A1 (en) 2019-10-31

Family

ID=66334366

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018206388.5A Withdrawn DE102018206388A1 (en) 2018-04-25 2018-04-25 DC / DC converter

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102018206388A1 (en)
WO (1) WO2019206612A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021108278A1 (en) 2021-03-31 2022-10-06 Keba Industrial Automation Germany Gmbh Bidirectional DC/DC converter
DE102021108250A1 (en) 2021-03-31 2022-10-06 KEBA Energy Automation GmbH Charging station and method of operating a charging station
EP4084283A1 (en) * 2021-04-27 2022-11-02 Wiferion GmbH Wireless power transmission device for inductive electric power transmission and method for operating the power transmission device for supporting zero-voltage switching

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004040599A1 (en) * 2002-10-31 2004-05-13 Delta Energy Systems (Switzerland) Ag A circuit board with a planar magnetic element
DE102005039379A1 (en) * 2005-08-19 2007-03-01 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Microelectronics inductor formed by sandwiching planar spiral coil in soft magnetic material, connects edges and center of magnetic substrates, to complete magnetic circuit
US20070057755A1 (en) * 2003-09-29 2007-03-15 Yukiharu Suzuki Solid electrolytic capacitor and manufacturing method thereof
US20150364243A1 (en) * 2014-06-13 2015-12-17 Realtek Semiconductor Corp. Electronic device with two planar inductors
US20170062385A1 (en) * 2015-08-28 2017-03-02 Electronics And Telecommunications Research Institute Power converting device
US20170310143A1 (en) * 2014-09-11 2017-10-26 Renault S.A.S. Method for controlling a battery charger having a dc-dc series resonant converter

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008012702A1 (en) * 2006-07-21 2008-01-31 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Lighting system
US20120234457A1 (en) * 2011-03-15 2012-09-20 Schulte David J Method for upgrading the performance of an electronic device
CN203588822U (en) * 2013-09-13 2014-05-07 南京航空航天大学 Non-contact transformer with hybrid-wound windings
KR101835528B1 (en) * 2016-01-25 2018-04-19 청주대학교 산학협력단 Switching power supply with laminated structure
JP6743432B2 (en) * 2016-03-14 2020-08-19 株式会社Ihi Coil device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004040599A1 (en) * 2002-10-31 2004-05-13 Delta Energy Systems (Switzerland) Ag A circuit board with a planar magnetic element
US20070057755A1 (en) * 2003-09-29 2007-03-15 Yukiharu Suzuki Solid electrolytic capacitor and manufacturing method thereof
DE102005039379A1 (en) * 2005-08-19 2007-03-01 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Microelectronics inductor formed by sandwiching planar spiral coil in soft magnetic material, connects edges and center of magnetic substrates, to complete magnetic circuit
US20150364243A1 (en) * 2014-06-13 2015-12-17 Realtek Semiconductor Corp. Electronic device with two planar inductors
US20170310143A1 (en) * 2014-09-11 2017-10-26 Renault S.A.S. Method for controlling a battery charger having a dc-dc series resonant converter
US20170062385A1 (en) * 2015-08-28 2017-03-02 Electronics And Telecommunications Research Institute Power converting device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021108278A1 (en) 2021-03-31 2022-10-06 Keba Industrial Automation Germany Gmbh Bidirectional DC/DC converter
WO2022207513A1 (en) 2021-03-31 2022-10-06 Keba Industrial Automation Germany Gmbh Bidirectional dc-to-dc converter and operating method
DE102021108250A1 (en) 2021-03-31 2022-10-06 KEBA Energy Automation GmbH Charging station and method of operating a charging station
WO2022207812A1 (en) 2021-03-31 2022-10-06 KEBA Energy Automation GmbH Charging station and method for operating a charging station
EP4084283A1 (en) * 2021-04-27 2022-11-02 Wiferion GmbH Wireless power transmission device for inductive electric power transmission and method for operating the power transmission device for supporting zero-voltage switching
WO2022229269A1 (en) * 2021-04-27 2022-11-03 Wiferion Gmbh Wireless power transmission device for inductive electric power transmission and method for operating the power transmission device for supporting zero-voltage switching

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019206612A1 (en) 2019-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006014608B4 (en) Filter circuit and power supply unit
EP3579409B1 (en) High-frequency amplifier arrangement
EP1882299B1 (en) Bi-directional battery power inverter
DE102018213055A1 (en) Magnetic component and power conversion device using the same
DE102018213057A1 (en) Power conversion device
WO2001080442A2 (en) Array for contactless transmission of electrical signals or energy
DE19855615A1 (en) Switched network supply device
DE10118285A1 (en) Circuit for converting AC voltage to DC voltage
DE112015005094T5 (en) DOWN TRANSFORMER OF INSULATED TYPE
DE102011051482A1 (en) Bridge circuit arrangement and method of operation for a voltage converter and voltage converter
WO2019206612A1 (en) Dc/dc converter
WO2019206706A1 (en) Three-phase transformer
DE10118040A1 (en) DC-DC converter
DE19824409A1 (en) AC-DC converter
WO2001080411A1 (en) Switched-mode power supply
EP2822166B1 (en) Forward converter with snubber circuit at the secondary side
DE3631138C2 (en) Voltage source with DC converter
EP2945257A1 (en) Symmetrising electric voltages to electric capacitors connected in series
DE102011100644A1 (en) DC converter
EP2299569A1 (en) Direct current converter and direct current conversion method
DE102017222664A1 (en) Common-mode push-pull throttle for an electrically operable motor vehicle
DE102009021048A1 (en) Heating coil heating circuit for use in power supply unit of fluorescent lamp, has transformer whose windings are wound in same direction, where magnetic flow of transformer is dissipated over demagnetizing unit during stopping phase
EP2102977B1 (en) Circuit arrangement for reduced switch load
DE102012215293A1 (en) DC converter
DE102012023425A1 (en) Voltage transformer for DC

Legal Events

Date Code Title Description
R083 Amendment of/additions to inventor(s)
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee